Teslan lisäksi: Mercedes-Benz uudistaa sähköautoalaa innovatiivisella teknologialla

Autoteollisuuden innovaatiot

Autoteollisuuden innovaatioiden suunnannäyttäjiksi on jo vuosien ajan mielletty uusia sähköautovalmistajia, kuten Tesla (TSLA ) ja BYD.

Monien vuosien ajan innovaatiojohtajuuden on katsottu kuuluvan uusille sähköautovalmistajille, kuten Teslalle ja BYD:lle.

Olisi silti virhe sivuuttaa kaikki perinteiset valmistajat. Mercedes (MBGAF) esitteli hiljattain laajan joukon innovaatioita, jotka voisivat muuttaa autojen valmistusta merkittävästi. Vanhojen merkkien kokemusta sekä tutkimus- ja kehitysresursseja ei siis kannata aliarvioida.

Liikkuvuuden visiot vuonna 2040

Marraskuussa 2024 Mercedes kutsui valikoidun joukon toimittajia Saksaan esittelemään näkemystään autojen ja liikkumisen tulevaisuudesta.

Se alkoi visiosta vuodelle 2040+ kolmessa globaalissa kaupungissa: Lontoo, Los Angeles ja Shenzhen.

Mercedes näkee itsellään keskeisen roolin näiden tulevaisuuskuvien toteuttamisessa samassa tapahtumassa esiteltyjen innovaatioiden avulla.

Lontoo

Lähde: Inside EVs

Tässä visiossa painopiste näyttää olevan kaupunkiruuhkien vähentämisessä, mikä vastaa Lontoon nykyisen kaupunkipolitiikan suuntaa:

• Ihmisten ohjaamille ja autonomisille ajoneuvoille on yhteistä, selkeästi merkittyä liikennetilaa.
• Pysäköinti vain (kalliissa) monikerroksisissa parkkihalleissa.
• Pienet toimitukset tehdään pienillä roboteilla, ja suuremmat autonomiset toimituspakettiautot ovat sallittuja vain erityisesti varatuilla alueilla.
• Runsaasti viheralueita varjostuksella, jotka tuottavat energiaa aurinkopaneelien avulla.

Los Angeles

Lähde: Inside EVs

Koska kaupunkirakenne on täällä paljon väljempi, amerikkalainen autokeskeinen kaupunkisuunnittelu ja kulttuuri säilyvät. Niitä täydentävät kuitenkin ympäristöteknologia ja muut edistyneet ratkaisut:

• Varatut pyöräkaistat kulkevat rinnakkain autokaistojen kanssa, joilla on sekoitus sähköautoja, autonomisia ajoneuvoja ja “klassisia autoja”.
• Julkiset parkkihallit ja tienvarsipysäköintipaikat ovat edelleen olemassa, toisin kuin Lontoossa.
• Lennokit ja robotit ovat kaikkialla, tarjoten tiheän verkoston räätälöityyn toimitukseen sekä lievittäen ilmastonmuutokseen liittyviä riskejä, kuten tulipaloja.
• Sähköautot ladataan sekä induktiivisilla eli kosketuksettomilla latausasemilla että aurinkokatoilla, hyödyntäen erittäin aurinkoista säätä.

Shenzhen

Lähde: Inside EVs

Shenzheniä pidetään usein Kiinan San Franciscona ja Piilaaksona, ja tämä tulevaisuuskuva heijastaa sitä. Kaupunki on erittäin tiheä, moderni ja pystysuuntainen, ja liikkumista suunnitellaan kolmessa ulottuvuudessa:

• Pysäköinti on sallittu vain monikerroksisissa parkkihalleissa.
• VTOL (pystysuora nousu ja lasku) -taksit kuljettavat ihmisiä koko kaupungissa, todennäköisesti autonomisten lennonohjausjärjestelmien avulla.
• Maanpäällinen liikenne on myös monitasoista, jalankulkijoilla ja pyöräilijöillä on omat korotetut kulkureittinsä liikenteen yläpuolella.
• Robotit ovat kaikkialla ja osa jokaisen elämää, suorittaen monia palveluita ruoanlaitosta toimituksiin.
• Puistot ja viheralueet vähentävät lämpöä ja tarjoavat yhteisiä elintiloja.
• Korkeanopeusjunat ovat myös keskeisiä tuomaan ihmisiä sisään ja ulos Shenzhenista naapurikaupunkeihin, erityisesti Guangdong–Hongkong–Macao -alueen muuhun osaan, joka on modernisoituneen Kiinan taloudellinen ja teknologinen ydin.

Lähde: Research Gate

Mercedes-Benz CLA EV -prototyyppi

Teknologioiden lisäksi Mercedes esitteli CLA:n, sähköisen sedanin prototyypin, jonka energiatehokkuus ja latausominaisuudet olivat huomionarvoisia.

Tämä malli osoitti kyvyn ajaa jopa 2 309 mailia (3 715 km) 24 tunnissa, mukaan lukien latausstopit. Tietenkin se on merkittävä osoitus siitä, että sähköautojen toimintamatkaan liittyviä huolia voidaan vähentää tehokkuuden ja nopean latauksen avulla.

Tulos syntyi kahden tekijän yhdistelmästä:

• Korkea hyötysuhde, energiatehokkuus 5,2 mailia/kilowattitunti, mikä voisi tehdä siitä maailman tehokkaimman sähköauton, jopa parempi kuin Lucid Air.
• 800 voltin ajoakku ja 320 kilowatin maksimaalinen latausnopeus, jolloin jokainen latausstoppi kestää noin 10 minuuttia ja nostaa akun varauksen 10 %:sta 50 %:iin, lisäten 186 mailia (299 km) toimintasädettä kerrallaan.

Aurinkoenergiaa keräävät autot

Tehokas lataaminen latausasemilla on sähköautoille tärkeää pitkillä matkoilla. Suurin osa autoilusta koostuu kuitenkin lyhyemmistä päivittäisistä työmatkoista ja liikkumisesta lähialueella.

Joten olisi hienoa, jos automme voisivat yksinkertaisesti ladata itsensä riittävästi näiden matkojen suorittamiseen. Ja vielä parempaa, jos se olisi ilmaista.

Tätä Mercedesin aurinkomaali lupaa. Kyse ei ole pelkästään aurinkokennojen sijoittamisesta auton koriin samaan tapaan kuin Mercedes EQXX:n suureen aurinkokattoon.

Lähde: Mercedes-Benz

Sen sijaan tämän maalipinnan odotetaan tuottavan sähköä suoraan, muuttaen koko auton pinnan aurinkogeneraattoriksi.

Lähde: Motor Trend

Erityisen vaikuttavaa on, että tämä aurinkomaali saavuttaa ilmeisesti jopa 20 %:n hyötysuhteen, mikä ei ole paljon alhaisempi kuin paljon raskaammat aurinkopaneelit, vaikka painaa vain 50 g/m², mikä on avaintekijä auton päälle asennettaessa.

Tekniikan kaikkia yksityiskohtia ei ole julkistettu, mutta erittäin läpinäkyvällä, nanopartikkeleita sisältävällä maalipinnoitteella näyttää olevan siinä keskeinen rooli. Ratkaisua on jo testattu.

Jos pinnoite kattaisi keskikokoisen katumaasturin koko korin eli noin 11 neliömetriä (118 neliöjalkaa), se voisi tuottaa energiaa jopa 7 450 mailin (12 000 kilometrin) vuotuiseen ajomatkaan.

Tämä vastaisi noin 20 mailia (32,8 kilometriä) päivässä eli noin 62 prosenttia tyypillisen stuttgartilaisen päivittäisestä ajomatkasta.

Inside EVs

Aurinkoisemmassa ilmastossa, kuten Kaliforniassa tai Espanjassa, energiantuotto voisi olla suurempi. Ulkoisen latauksen tarve riippuisi silti ajomääristä, säästä ja auton pysäköintiolosuhteista.

Aurinkoisemmilla alueilla pinnoite voisi vähentää ulkoisen latauksen tarvetta huomattavasti, mutta se ei välttämättä poistaisi sitä kaikilta käyttäjiltä.

Latausasemien ruuhkat, hitaus ja vähäinen määrä huolestuttavat sähköauton käyttäjiä ja lisäävät kiinnostusta hybridiautoihin. Aurinkopinnoite voisi siksi olla merkittävä parannus etenkin aurinkoisilla alueilla, kuten Välimeren maissa ja tropiikissa, vaikka myös siellä tarvittaisiin olosuhteista riippuen muuta latausta.

Lisätyn todellisuuden ajo

Viime aikoina etenkin Tesla ja kiinalaiset sähköautovalmistajat ovat suosineet suuria keskelle kojelautaa sijoitettuja näyttöjä auton toimintojen ohjaamiseen.

Sen sijaan Mercedes näkee mahdollisuutena käyttää lisätyn todellisuuden laseja, jotka mahdollistavat virtuaalisen näytön leijumaan juuri kojelaudan yläpuolelle.

Lähde: Inside EVs

Keskeinen ajatus on, että lähitulevaisuudessa virtuaalitodellisuus voi tulla paljon yleisemmäksi, ja autonvalmistajien tulisi jo nyt pohtia, miten se integroidaan saumattomasti ajokokemukseen, samankaltaisesti kuin älypuhelimen pariliitos ja integrointi.

Toinen tapa hyödyntää AR/VR-teknologiaa autonvalmistajille olisi antaa potentiaalisille ostajille mahdollisuus räätälöidä tulevia autojaan. VR-lasien avulla he voisivat suoraan visualisoida, miltä eri vaihtoehdot näyttäisivät lopullisessa tuotteessa, ilman että autokaupan tarvitsee pitää niitä fyysisesti paikalla.

Lähde: Inside EVs

Neuromorfiset tietokoneet

Autoteollisuudessa on alettu ymmärtää, että autonominen ajaminen vaatii todennäköisesti paljon laskentatehoa. Riittävän tehokkaan laitteiston lisäksi on huomioitava ajotietokoneen energiankulutus. Se voi vaikuttaa sähköautojen toimintamatkaan ja robottitaksien kokonaissuorituskykyyn.

Yksi tapa vähentää sitä on siirtyä perinteisistä AI-siruista neuromorfiseen laskentaan. Neuromorfinen laskenta on menetelmä, jossa tietokonejärjestelmät ammentavat inspiraatiota elävien järjestelmien aivoista, joissa on neuroneja.

Lähde: Tech Target

Tämä on Mercedesin kulkema polku, joka on mennyt niin pitkälle, että on muokannut piirilevyjään näyttämään neuroneilta tässä demonstraatiossa.

Lähde: Inside EVs

Neuromorfista laskentaa tutkittiin yhteistyössä kanadalaisen Waterloon yliopiston kanssa.

Bioteknisesti valmistettu synteettinen nahka

Ympäristötietoiset ja vegaaniset ostajat suhtautuvat usein kriittisesti eläinperäisiin materiaaleihin, mutta ylelliset sisätilat yhdistetään silti nahkaistuinten tuntumaan. Keinonahkavaihtoehtoja on jo olemassa, mutta Mercedesin kaltainen premium-merkki tavoittelee materiaalia, joka vastaa myös laadukkaan nahan tuntua.

Joten sen tutkijat loivat version, joka jäljittelee nahkaa mikroskooppisella tasolla, tehden sen rakenteesta ja tekstuurista erittäin uskottavan. Se on valmistettu vanhoista renkaista, proteiinijauheesta ja muista aineista uutettavasta materiaalista.

Lähde: Inside EVs

Koska se on niin samankaltainen kuin nahka, se värjätään täsmälleen samalla tavalla, mikä lisää erottuvan nahkamaisen hajun, jota uudet autonostajat arvostavat.

Viimeisenä, tämä materiaali on ilmeisesti jopa kestävämpi kuin oikea nahka, ollen erittäin vastustuskykyinen auringonvalolle sekä hikoilun, käsidesin, aurinkovoiteen tai vartalovoiteen aiheuttamille kemikaaleille.

Lähde: Inside EVs

Integroituja jarruja

Perinteiset kitkajarrut hidastavat autoa lisäämällä kitkaa jarruosien välillä. Ne vaativat säännöllistä huoltoa ja tuottavat jarrupölyä, joka lisää tieliikenteen hiukkaspäästöjä.

EV:t ovat hieman muuttaneet tätä sallimalla osan jarrutuksesta tapahtua kineettisen energian palauttamisen kautta akkuun, käyttämällä sähkömoottoreita generaattoreina. Mutta silti voimakas jarrutus vaatii perinteisiä jarruja lisänä.

Mercedes kehittää ratkaisua vielä pidemmälle.

Voimansiirtoyksikköön integroidut jarrut

Yhtiön insinöörit ovat kehittäneet sähköauton voimansiirtoyksikön koteloon sijoitettavat ”in-drive”-jarrut.

Lähde: Inside EVs

Levy on vesijäähdytetty, eikä se pyöri, ja jarrupala on pyöreä, ja se pyörii moottorin kanssa. Tässä järjestelmässä jarrutusvoima syntyy painamalla pyöreä jarrupala paikallaan olevaan levyyn.

Mitä tekee tästä innovaatiosta erityisen vaikuttavan, on se, että se merkitsisi, että järjestelmän tavoitteena olisi toimia lähes huoltovapaasti koko auton elinkaaren aikana.

Jarrupöly jäisi suljetun rakenteen sisään, eikä sitä suunnitelman mukaan tarvitsisi tyhjentää. Ratkaisulla olisi myös muita etuja:

• Vesijäähdytys vähentäisi jarrujen ylikuumenemisen riskiä.
• Täysin peitetyt, aerodynaamiset pyörät, jotka auttavat alentamaan ajoneuvojen ilmanvastuskerrointa.
• Jarruäänet vähenisivät.

Mikromuuntimet

Sähköauton tehoelektroniikka ohjaa energian siirtymistä akun ja sähkömoottorin välillä myös jarrutusenergian talteenotossa. Tavallisesti kullekin moottorille on oma tehomuuntimensa.

Mercedes tutkii ratkaisua, jossa mikromuuntimia liitetään suoraan akkukennoihin tai kennopareihin. Tavoitteena on hallita kennojen toimintaa nykyistä joustavammin.

Tämä voisi olla erityisen hyödyllistä akussa, jossa yhdistetään NMC-kennoja eli nikkeli-mangaani-kobolttikennoja ja LFP-kennoja eli litiumrautafosfaattikennoja. Eri akkukemioilla on erilainen kyky vastaanottaa tehoa.

Koska akun kyky vastaanottaa latausta rajoittaa usein voimakkaassa jarrutuksessa talteen otettavaa energiaa, parempi tehonhallinta voisi parantaa auton tehokkuutta ja vähentää kitkajarrujen kuormitusta.

Toinen perinteinen innovaattori

Mercedes ei ole ainoa perinteinen autonvalmistaja, joka kehittää uusia sähköisiä ratkaisuja. Myös maailman suurimpiin autonvalmistajiin kuuluva Toyota panostaa hybrideihin ja sähköautoihin, vaikka sen eteneminen täyssähköautoissa on ollut pitkään varovaista.

Käsittelimme aihetta tarkemmin artikkelissa ”Toyota (TM) tarkastelussa: varovainen ja monipuolinen lähestymistapa”. Seuraavat esimerkit asettavat Mercedesin innovaatiot laajempaan yhteyteen:

• Jatkuva panostus hybrideihin. Tästä kertoo esimerkiksi Priuksella syyskuussa 2024 saavutettu Guinnessin maailmanennätys Yhdysvaltojen rannikolta toiselle ajetun matkan polttoainetaloudellisuudessa.
• Kunnianhimoinen suunnitelma sähköautojen uusien akkujen kehittämiseksi:
• Vuodelle 2026 suunnitellut ”Performance”-litiumioniakut: tavoitteena yli 800 kilometrin (noin 500 mailin) toimintamatka yhdessä paremman aerodynamiikan ja kevyemmän auton kanssa sekä lataus 10 prosentista 80 prosenttiin enintään 20 minuutissa.
• Vuosille 2027–2028 suunnitellut ”High-performance”-litiumioniakut: tavoitteena yli 1 000 kilometrin (noin 620 mailin) toimintamatka sekä lataus 10 prosentista 80 prosenttiin enintään 20 minuutissa.
• Vuosille 2027–2028 suunnitellut kiinteän elektrolyytin akut: tavoitteena aiempaa pidempi toimintamatka sekä lataus 10 prosentista 80 prosenttiin enintään 10 minuutissa, ei akun lataaminen täysin tyhjästä täyteen.
  • Myöhemmissä kehitysvaiheissa artikkelissa mainitaan tavoitteiksi myös 1 200 kilometriä ja jopa 1 450 kilometriä eli 900 mailia. Näihin odotuksiin liittyy vuonna 2023 ilmoitettu akkuteknologian ”teknologinen läpimurto”; luvut ovat kehitystavoitteita, eivät tuotantoautojen vahvistettuja toimintamatkoja.
• Mahdollisesti myös vetyä käyttävät polttomoottorit, jotka eivät perustu polttokennoihin, mikäli vedyn tuotanto halpenee riittävästi kilpaillakseen sähköautojen kanssa ja uusi vetytalous kehittyy.
• Lisäksi Toyota kehittää Lunar Cruiser -kuuajoneuvoa yhteistyössä Japanin avaruusjärjestön JAXAn kanssa osana Artemis-ohjelmaan liittyviä suunnitelmia.

Lähde: Toyota